Крошечные грелки: наночастицы железа помогут эффективно размораживать органы для трансплантации

Согласно данным исследователей из Университета Миннесоты, несмотря на извечную нехватку донорских органов, свыше 60 процентов всех донорских сердец и лёгких, предназначенных для трансплантации, ежегодно утилизируются. Страшная статистика, однако органы просто не могут сохраняться, находясь во льду, более четырёх часов. А ведь если можно было бы успешно пересадить хотя бы половину неиспользуемых органов, то очереди на пересадку (по крайней мере, в США) можно было бы ликвидировать в течение двух лет.

Дело в том, что на сегодня хорошо отработан лишь метод глубокой заморозки (криоконсервация), который порой применяют для сохранения органов в течение длительного периода. Но все проблемы связаны как раз со второй стадией этого метода – размораживанием. Ткани часто повреждаются при последующем разогревании, что делает их непригодными для использования. Но исследователи Миннесотского университета считают, что нашли способ решить проблему благодаря микроскопическим частицам.

Отметим, что для охлаждения органов на протяжении десятилетий используется процесс витрификации (или "стеклования"). Он представляет собой охлаждение биологического материала до ультранизких температур (минус 160-196 градусов по Цельсию). Быстрое охлаждение тканей до таких температур приводит к тому, что они превращаются практически в стекло. Хорошо то, что в этом случае они не повреждаются как при обледенении (когда кристаллы льда разрывают клетки).

Однако, как только дело доходит до "разморозки", современные методы не позволяют равномерно и быстро распределить тепло, из-за чего различные части тканей меняют размеры с разной скоростью. Всё это может привести к появлению разрывов и трещин в донорском органе. Естественно, это сказывается на его функциональности, и он больше не подходят для трансплантации.

По мнению специалистов, сегодняшние методы позвоояют нагревать лишь небольшие объёмы тканей (около одного миллилитра). А их новый метод способен "разогревать" образцы объёмом до 80 миллилитров и при скорости более чем 130 градусов по Цельсию в минуту.

Для этого исследователи предлагают перед охлаждением помещать органы в защитный раствор, содержащий наночастицы оксида железа, покрытые диоксидом кремния. Такие частицы действуют как крошечные нагреватели, когда их впоследствии активизируют посредством электромагнитных волн для быстрого и равномерного нагревания тканей. Всё это происходит при скорости нагрева 100-200 градусов по Цельсию в минуту – в десятки и сотни раз быстрее чем в предыдущих методах. При этом частицы железа легко смываются с поверхности органов.

Специалисты продемонстрировали эффективность метода, "заморозив" и "разморозив" культуры фибробластов (клеток соединительной ткани у животных), а также артерии и ткани сердца свиньи. Новая технология не показала никаких признаков нанесения вреда исследуемому материалу, в отличие от традиционного размораживания на льду и разогрева.

В дальнейшем учёные хотят испытать метод в большем масштабе и опробовать его на реальных органах. Они планируют начать с небольших образцов – органов мелких животных, например, кроликов или крыс, а затем перейти к органам свиней. В случае успеха они надеются протестировать метод и на человеческих органах.

Исследование опубликовано в научном издании Science Translational Medicine.

Добавим, что решить проблемы трансплантации предлагается и с помощью скрещивания человека и животного, и с помощью 3D-печати органов.